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城市燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)
城市燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的目前監(jiān)測(cè)對(duì)象包括：2個(gè)門站、3個(gè)高中壓調(diào)壓站、3個(gè)高壓閥室、21個(gè)城市中壓管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)、27個(gè)公建用戶。系統(tǒng)規(guī)模共計(jì)1個(gè)調(diào)度中心、56個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，從而構(gòu)成具有一定規(guī)模的、布局合理的城市區(qū)域燃?xì)廨斉浔O(jiān)測(cè)網(wǎng)。
一、城市燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng) 概述
城市燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。在燃?xì)夤芫€的應(yīng)用上，它主要監(jiān)控的設(shè)備有壓力變送器、溫度變送器、切斷閥、流量計(jì)、電動(dòng)閥等。
針對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)監(jiān)控的實(shí)際情況，采用數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的分布式監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)由位于操作室或調(diào)度室的中心站計(jì)算機(jī)和位于各關(guān)鍵點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控對(duì)象附近的遠(yuǎn)程終端單元(RTU)組成，計(jì)算機(jī)與各RTU之間通過數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)連接。RTU作為SCADA系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備、安裝在現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程終端單元，能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理和控制輸出。
閥室及市區(qū)中壓管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要監(jiān)控的數(shù)據(jù)是：中壓壓力值、站點(diǎn)通訊狀態(tài)、站點(diǎn)電量值。
門站、高中壓調(diào)壓站及公建用戶監(jiān)控的數(shù)據(jù)：高中壓的壓力值、流量計(jì)的數(shù)值(標(biāo)況瞬時(shí)流量、標(biāo)況體積總累等)、濃度、差壓及溫度及安防信號(hào)。
二、數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)終端應(yīng)用
終端為基本監(jiān)測(cè)站點(diǎn)層，即56個(gè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端，其主要任務(wù)是采集所在門站、調(diào)壓站或中壓點(diǎn)的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，并通過遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)向上轉(zhuǎn)發(fā)站點(diǎn)工況數(shù)據(jù)，接受調(diào)度端的遠(yuǎn)程指令。
在城市燃?xì)夤芫€中，遠(yuǎn)程終端監(jiān)控采用Kingfisher Serials II RTU系列的產(chǎn)品。每個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控站由測(cè)量?jī)x表、測(cè)量控制單元RTU、避雷器、UPS及通信設(shè)備等組成。RTU和現(xiàn)場(chǎng)的儀表及控制設(shè)備相連，實(shí)時(shí)采集所需要的各工藝參數(shù)，如燃?xì)獾膲毫Α囟取⒘髁俊⑿孤舛取㈤y門工作狀態(tài)等等。
以某工業(yè)用戶為例，需要采集的是其調(diào)壓橇內(nèi)各個(gè)數(shù)據(jù)，見表2-1
2.1 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)數(shù)量與類型
其中壓力、差壓、泄漏濃度屬于AI量，閥位全開、市電屬于DI量，關(guān)進(jìn)口電磁閥屬于DO量，瞬時(shí)流量和累計(jì)流量屬于通信數(shù)據(jù)(采集于流量計(jì))。
2.2系統(tǒng)的主要硬件配置
見表2-2
2.3 系統(tǒng)配置
2.3.1 AI數(shù)據(jù)
壓力、差壓、泄漏濃度均以4-20mA的信號(hào)輸出，其儀表的信號(hào)輸出端接入至橇內(nèi)防爆接線盒，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式從防爆接線盒內(nèi)接入至自控箱。自控箱對(duì)其信號(hào)進(jìn)行采集，每個(gè)控制回路按PI正比控制，寄存器數(shù)據(jù)范圍0-32760.
2.3.2 DI數(shù)據(jù)
閥位全開無(wú)源觸點(diǎn)方式。信號(hào)接法同AI。閥位信號(hào)接至控制箱DI端。市電信號(hào)為220v強(qiáng)電，不可直接接入信號(hào)，通過繼電器轉(zhuǎn)換成弱電信號(hào)，再接至DI端。
2.3.3 DO數(shù)據(jù)
DO量是從上位下達(dá)控制信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)儀表。一般根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儀表的特性，量身定制其輸出信號(hào)。表中信號(hào)給予5秒24v電壓信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)控制。
2.3.4 通信數(shù)據(jù)
主要采集的是流量計(jì)上的數(shù)據(jù)，其實(shí)質(zhì)即采集其它RTU的數(shù)據(jù)。它需要特定的通信方式與通信協(xié)議。一般采用232的接口，然后轉(zhuǎn)換成485信號(hào)接至RTU的通訊口。當(dāng)RTU接收到數(shù)據(jù)后要分析其數(shù)據(jù)格式，將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)至寄存器中。
三、數(shù)據(jù)采集監(jiān)控上位的應(yīng)用
城市燃?xì)?strong>數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度主站采用以群集服務(wù)器為核心的Client/Server的方式。
整個(gè)調(diào)度端由兩臺(tái)工作內(nèi)容并行的服務(wù)器為中心，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)建立在海量的磁盤陣列中，通過磁盤控制器，形成完整的高性能群集服務(wù)器結(jié)構(gòu)。同時(shí)，通過防火墻和交換機(jī)組成調(diào)度中心局部網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)上可根據(jù)用戶需要掛接承擔(dān)不同任務(wù)的工作站，這種局部網(wǎng)絡(luò)的形式結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?shù)奶匦院蛿U(kuò)展能力。
鑒于供氣調(diào)度室為整個(gè)輸配生產(chǎn)系統(tǒng)提供信息服務(wù)的重要性，系統(tǒng)對(duì)調(diào)度室的主要硬件配置進(jìn)行了系統(tǒng)的規(guī)劃：
1、配置2臺(tái)監(jiān)控工作站，集中用于管網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可同時(shí)多畫面對(duì)輸配生產(chǎn)的運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和跟蹤，多計(jì)算機(jī)配置也加強(qiáng)了系統(tǒng)的冗余性能。同時(shí)，配置了調(diào)度管理工作站和統(tǒng)計(jì)查詢工作站，以強(qiáng)化供氣調(diào)度管理的功能。
2、信息服務(wù)器采用雙服務(wù)器加磁盤陣列柜的配置，系統(tǒng)運(yùn)行證明該配置可有效的保證系統(tǒng)信息的安全。
3、配置性能指標(biāo)較高的UPS，該UPS具有99%在線、維護(hù)方便、元件和電池可熱更換，可為中心調(diào)度室提供高品質(zhì)電源。
4、選用logicaCMG公司的mosaic桌面平臺(tái)軟件。該平臺(tái)軟件將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)，及通訊結(jié)構(gòu)集成于一體。
系統(tǒng)主站的操作系統(tǒng)和軟件平臺(tái)
本著系統(tǒng)、可靠的原則，結(jié)合國(guó)際上和我國(guó)國(guó)內(nèi)的軟件應(yīng)用狀況和發(fā)展潮流，系統(tǒng)調(diào)度平臺(tái)的操作系統(tǒng)選用Microsoft Windows XP Professional(中文版)。Windows XP Professional是基于NT Server構(gòu)架的工業(yè)級(jí)操作系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)居于主導(dǎo)地位，該系列操作系統(tǒng)已被證實(shí)是強(qiáng)壯的，具有很高的運(yùn)行可靠性和數(shù)據(jù)安全性，是具有代表性的主流操作系統(tǒng)。Windows XP Professional 其內(nèi)核雖然建立在NT Server的構(gòu)架之上，但在可靠性和安全性上有了更進(jìn)一步的改進(jìn)，是當(dāng)前的操作系統(tǒng)之一。
系統(tǒng)的工控平臺(tái)選用LogicaCMG公司的mosaic軟件，它具有一下特點(diǎn)：
1. 其圖形界面采用矢量圖方式。同CAD一樣，可以在同一個(gè)界面里無(wú)限放大縮小，便于監(jiān)控。
2. 提供了容錯(cuò)的機(jī)制，當(dāng)系統(tǒng)的某一進(jìn)程發(fā)生故障時(shí)，MOSAIC將分配進(jìn)程到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的其它部分。
3. 自身含有數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并附有數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具，可用DQL語(yǔ)言查詢內(nèi)部數(shù)據(jù)。
4. 歷史、通信、事件具有各自獨(dú)立的進(jìn)程。當(dāng)其中的某一功能發(fā)生故障可直接重啟進(jìn)程實(shí)現(xiàn)故障修復(fù)。
5. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以各自的文件形式保存。圖形數(shù)據(jù)同歷史數(shù)據(jù)相互獨(dú)立。
MOSAIC系統(tǒng)應(yīng)用客戶/服務(wù)器概念(見圖3-1)：服務(wù)器是一個(gè)進(jìn)程，可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行某些改變。
服務(wù)器擁有自己的、對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的管轄權(quán)。客戶向服務(wù)器發(fā)請(qǐng)求對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行某些改變。內(nèi)部進(jìn)程的通訊：內(nèi)部進(jìn)程通訊由應(yīng)用調(diào)用提供的。內(nèi)部進(jìn)程通訊使用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)客戶直接銷服務(wù)器請(qǐng)求，服務(wù)器以事件方式廣播對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的改變。在不同機(jī)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)是通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)同步的。
供氣調(diào)度室的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)主要承擔(dān)如下任務(wù)：
1、提供管網(wǎng)監(jiān)測(cè)界面，實(shí)時(shí)刷新各站點(diǎn)的工況信息；
2、儲(chǔ)配站監(jiān)測(cè)管理及數(shù)據(jù)查詢；
3、流量站計(jì)量監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)查詢；
4、管網(wǎng)操作事件的記錄和查詢；
5、報(bào)警事件的處理、告示和記錄；
6、管網(wǎng)實(shí)時(shí)信息的存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析，建立管網(wǎng)站點(diǎn)信息實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；
7、各站點(diǎn)的信息管理；
城市燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)月報(bào)表
城市燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)年報(bào)表
城市燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警畫面
城市燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)畫面
城市燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)功能
四、數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的通信
在數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)調(diào)度網(wǎng)的通信技術(shù)性能是全面衡量整個(gè)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要內(nèi)容，實(shí)時(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)性能包括通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)規(guī)約等。根據(jù)寧波燃?xì)夤廨斉湔{(diào)度的管網(wǎng)區(qū)域規(guī)模和監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)量規(guī)模，以及實(shí)際調(diào)度管理和信息管理情況，本系統(tǒng)采用了多種類型的通訊方式，并對(duì)不同的通訊方式進(jìn)行整合，使得所有調(diào)度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都可以透明地傳送到供氣調(diào)度室，而與采用什么樣的通訊手段無(wú)關(guān)。
1.SDH專線通訊：
SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系)是一種將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)。它可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有效管理、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、不同廠商設(shè)備間的互通等多項(xiàng)功能，能大大提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率、降低管理及維護(hù)費(fèi)用、實(shí)現(xiàn)靈活可靠和高效的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與維護(hù)。
在本系統(tǒng)中SDH承擔(dān)了重要數(shù)據(jù)，大容量數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)。由于數(shù)據(jù)是通過光纖，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)的真實(shí)性、實(shí)時(shí)性得到了限度的保障。
2.CDMA無(wú)線通訊：
CDMA是擴(kuò)頻通信的一種，他具有擴(kuò)頻通信的以下特點(diǎn)：
(1)抗干擾能力強(qiáng)。這是擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn)，是所有通信方式的。
(2)寬帶傳輸，抗衰落能力強(qiáng)。
(3)由于采用寬帶傳輸，在信道中傳輸?shù)挠杏眯盘?hào)的功率比干擾信號(hào)的功率低得多，因此信號(hào)好像隱蔽在噪聲中；即功率話密度比較低，有利于信號(hào)隱蔽。
(4)利用擴(kuò)頻碼的相關(guān)性來(lái)獲取用戶的信息，抗截獲的能力強(qiáng)。
(5)多個(gè)用戶同時(shí)接收，同時(shí)發(fā)送.
在對(duì)于采用GSM和CDMA的選擇中，通過測(cè)試我們選擇了CDMA的通訊方式。這種通訊方式一般應(yīng)用在小數(shù)據(jù)量的傳輸中，特別適用于距離監(jiān)控中心比較遠(yuǎn)，而周圍環(huán)境不利于有線傳輸?shù)那闆r下。
考慮到管網(wǎng)監(jiān)測(cè)的通訊成本，本系統(tǒng)對(duì)CDMA的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性作了進(jìn)一步的探究。由于無(wú)線傳輸采用按信息流量計(jì)費(fèi)的方式進(jìn)行結(jié)算，為此，本系統(tǒng)凡是用無(wú)線方式進(jìn)行通訊的，都采用主站輪詢的方式，即中心向各個(gè)站點(diǎn)發(fā)送需要數(shù)據(jù)的要求，個(gè)站點(diǎn)才會(huì)上報(bào)的方式。又考慮到數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，中心設(shè)定每30秒向下發(fā)送數(shù)據(jù)一次。而各個(gè)站點(diǎn)的流量又采用包月的方式，這樣既保證了實(shí)時(shí)性，又保證了經(jīng)濟(jì)性。
五、實(shí)際運(yùn)行效果
通過實(shí)踐，數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)已經(jīng)很好的應(yīng)用于城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中。充分利用管網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息，可以監(jiān)測(cè)管網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行工況進(jìn)行仿真和評(píng)估，生成調(diào)度策略和緊急搶修策略，保障燃?xì)夤芫W(wǎng)安全、連續(xù)、穩(wěn)定、運(yùn)行，提高燃?xì)馄髽I(yè)管理水平和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益。
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